一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备的制作方法

本实用新型属于机械控制技术领域，涉及到步履式行走装置，具体涉及一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备。

背景技术：

复杂地质环境下(如山林、海底)的工程救援、地质勘探与开采等作业，不仅要求工作装置稳定性高具备自行能力，还要求越障通过能力强、占用面积小。六足式仿生行走机构满足这种特殊要求，得到了一定应用。但是，其运动过程控制关节多，路径规划控制复杂，对使用和控制者要求高。采用多足并联支撑、采用转动定向平移的步履式行走工作装置路径规划简单，控制简单，在工程救援、地质勘探与开采等作业领域具有很大的应用前景。

多足并联步履式行走工作装置具备行走和支撑两大功能。为保证功能的可靠实现，行走与支撑作业不能同步进行，必须互锁；行走过程上平台和下平台支腿不能同时动作，必须互锁。现有电液控制方案采用独立控制加单一电器互锁，造成液压控制单元占用空间大、电液控制系统可靠性不高等问题，平面空间大严重制约了多足并联式行走工作装置的应用范围。

另外，为提高工作装置的工作效率，实现快速自动行走和自动调平过程，需要多腿同时运动、不受负载影响以实现支腿速度和位置的准确控制。现有的控制方案无法满足该要求，导致多足并联步履式行走工作装置多腿运动受负载影响控制不准、工作效率一直无法提升。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备，采用纯油缸驱动执行件，利用转向平移逼近实现空间移动，使多足行走装置控制简单，结构紧凑；采用功能互锁型阀组控制有互锁要求的执行件，工作可靠性和安全性大大提高；并且多足行走装置各运动油缸速度不受负载影响，控制准确性高。

为此，本实用新型采用了以下技术方案：

一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备，包括电动机、液压泵、单向阀、高压过滤器、若干互锁型油缸驱动阀组、多足步履式行走装置、溢流阀和回油过滤器；所述互锁型油缸驱动阀组均安装在多足步履式行走装置上，用于控制有互锁动作要求的执行件；每个互锁型油缸驱动阀组均设有第一油口、第二油口、第三油口、第四油口、第五油口、第六油口、第七油口；所述互锁型油缸驱动阀组的第一油口与高压过滤器的第二端口连接，高压过滤器的第一端口与单向阀的第二端口以及溢流阀的第一端口连接；单向阀的第一端口与液压泵的出油口连接，液压泵通过联轴器与电动机连接；所述互锁型油缸驱动阀组的第二油口与溢流阀的第二端口以及回油过滤器的第二端口连接。

优选地，所述互锁型油缸驱动阀组共有四个，分别是第一互锁型油缸驱动阀组、第二互锁型油缸驱动阀组、第三互锁型油缸驱动阀组、第四互锁型油缸驱动阀组；所述多足步履式行走装置包括第一下支腿油缸、第一上支腿油缸、第二下支腿油缸、第二上支腿油缸、第三下支腿油缸、第三上支腿油缸、转向油缸、平移油缸、上平台、下平台、导轨、滑架、回转连接板、回转支撑；

所述第一互锁型油缸驱动阀组的第四油口与第一下支腿油缸的有杆腔连接，第一下支腿油缸的无杆腔与第一互锁型油缸驱动阀组的第五油口连接，第一下支腿油缸与下平台铰接；所述第一互锁型油缸驱动阀组的第六油口与第一上支腿油缸的无杆腔连接，第一上支腿油缸的有杆腔与第一互锁型油缸驱动阀组的第七油口连接，第一上支腿油缸与上平台铰接；

所述第二互锁型油缸驱动阀组的第四油口与第二下支腿油缸的有杆腔连接，第二下支腿油缸的无杆腔与第二互锁型油缸驱动阀组的第五油口连接，第二下支腿油缸与下平台铰接；所述第二互锁型油缸驱动阀组的第六油口与第二上支腿油缸的无杆腔连接，第二上支腿油缸的有杆腔与第二互锁型油缸驱动阀组的第七油口连接，第二上支腿油缸与上平台铰接；

所述第三互锁型油缸驱动阀组的第四油口与第三下支腿油缸的有杆腔连接，第三下支腿油缸的无杆腔与第三互锁型油缸驱动阀组的第五油口连接，第三下支腿油缸与下平台铰接；所述第三互锁型油缸驱动阀组的第六油口与第三上支腿油缸的无杆腔连接，第三上支腿油缸的有杆腔与第三互锁型油缸驱动阀组的第七油口连接，第三上支腿油缸与上平台铰接；

所述第四互锁型油缸驱动阀组的第四油口与转向油缸的有杆腔连接，转向油缸的无杆腔与第四互锁型油缸驱动阀组的第五油口连接，转向油缸的一端与下平台铰接，另一端与回转连接板铰接；回转连接板与回转支撑的内圈连接，回转支撑的内圈上固定有上平台，外圈上固定有滑架，滑架通过平移油缸固定在下平台上；所述第四互锁型油缸驱动阀组的第六油口与平移油缸的无杆腔连接，平移油缸的有杆腔与第四互锁型油缸驱动阀组的第七油口连接，平移油缸固定在下平台上，活塞杆端与滑架连接，滑架安装在导轨上，导轨固定在下平台上。

优选地，所述互锁型油缸驱动阀组包括定差减压阀、预节流阀、电比例换向阀、梭阀、第一电磁截断阀、第二电磁截断阀、第一液压锁、第二液压锁、集成安装板；所述定差减压阀的第一端口与第一油口连接，第二端口与电比例换向阀的第一端口以及预节流阀的第一端口连接；预节流阀的第二端口与定差减压阀的第四端口连接；

所述电比例换向阀的第二端口与第一电磁截断阀的第一端口连接；电比例换向阀的第三端口和第二电磁截断阀的第一端口连接；电比例换向阀的第二端口与梭阀的第一端口连接，梭阀的第二端口与电比例换向阀的第三端口连接，梭阀的第三端口与定差减压阀的第三端口以及互锁型油缸驱动阀组的第三油口连接，互锁型油缸驱动阀组的第三油口与电比例换向阀的第四端口连接，电比例换向阀的第四端口与溢流阀的第二端口和回油过滤器的第二端口连接；

所述第一电磁截断阀的第二端口与第一液压锁的第一端口连接，第一液压锁的第二端口与第二电磁截断阀的第二端口连接；第二电磁截断阀的第三端口与第二液压锁的第二端口连接，第二液压锁的第一端口与第一电磁截断阀的第三端口连接；

所述第一液压锁的第三端口和第四端口分别与互锁型油缸驱动阀组的第四油口、第五油口连接；互锁型油缸驱动阀组的第六油口、第七油口分别与第二液压锁的第四端口和第三端口连接；

所述第一液压锁和第一电磁截断阀叠加起来通过螺栓固定在集成安装板上；集成安装板上通过螺栓还固定有叠加的第二液压锁和第二电磁截断阀；集成安装板上的第三油口、第四油口、第五油口、第六油口、第七油口设在集成安装板的前面；集成安装板右面设置有第一油口、第二油口；集成安装板上面通过螺栓连接有电比例换向阀；集成安装板的里面从前侧装入有定差减压阀、预节流阀和梭阀；集成安装板的里面还设有上述设备的连接管道。

优选地，还包括plc控制装置，所述plc控制装置分别与电动机、互锁型油缸驱动阀组连接；plc控制装置设有启动按钮、停止按钮、支撑行走选择开关、支腿选择按钮、转向移动选择开关、平台选择按钮、支腿控制手柄及移动控制手柄，用于对多足步履式行走装置进行相应的控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)采用纯油缸驱动执行件，利用转向平移逼近实现空间移动，使多足行走装置控制简单，结构紧凑。

(2)采用功能互锁型阀组控制有互锁动作要求的执行件，工作可靠性和安全性更高。

(3)多足行走装置各运动油缸速度控制不受负载影响，控制准确性高。

(4)采用主从压力反馈同步控制平台同步动作，同步精度高；多足行走装置平台支撑动作迅速。

(5)控制方案pwm输出点减少，无需扩展模块，控制硬件成本低。

(6)工作效率高，应用范围和前景广阔。

附图说明

图1是本实用新型所提供的一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备的液压控制回路图。

图2是互锁型油缸驱动阀组的结构示意图。

图3是互锁型油缸驱动阀组的原理图。

图4是多足行走装置的结构组成示意图。

图5是本实用新型所提供的一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备的电控接线布置示意图。

图6是支腿单独控制的框图。

图7是平台同步支撑控制的框图。

图8是压力反馈主从同步控制的框图。

图9是平台移动控制的框图。

附图标记说明：1、电动机；2、液压泵；3、单向阀；4、高压过滤器；5a、第一互锁型油缸驱动阀组；5b、第二互锁型油缸驱动阀组；5c、第三互锁型油缸驱动阀组；5d、第四互锁型油缸驱动阀组；6、第一下支腿油缸；7、第一上支腿油缸ⅰ；8、第二下支腿油缸；9、第二上支腿油缸；10、第三下支腿油缸；11、第三上支腿油缸；12、转向油缸；13、平移油缸；14、溢流阀；15、回油过滤器；16a、第一压力传感器；16b、第二压力传感器；16c、第三压力传感器；16d、第四压力传感器；17、上平台；18、下平台；20、导轨；21、滑架；22、回转连接板；23、回转支撑；5.1、定差减压阀；5.2、预节流阀；5.3、电比例换向阀；5.4、梭阀；5.5a、第一电磁截断阀；5.5b、第二电磁截断阀；5.6a、第一液压锁；5.6b、第二液压锁；5.7集成安装板。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例来详细说明本实用新型，其中的具体实施例以及说明仅用来解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型公开了一种多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备，包括电动机1、液压泵2、单向阀3、高压过滤器4、若干互锁型油缸驱动阀组、多足步履式行走装置、溢流阀14和回油过滤器15；所述互锁型油缸驱动阀组均安装在多足步履式行走装置上，用于控制有互锁动作要求的执行件；每个互锁型油缸驱动阀组均设有第一油口p、第二油口t、第三油口c1、第四油口a1、第五油口b1、第六油口b2、第七油口a2；所述互锁型油缸驱动阀组的第一油口p与高压过滤器4的第二端口连接，高压过滤器4的第一端口与单向阀3的第二端口以及溢流阀14的第一端口连接；单向阀3的第一端口与液压泵2的出油口连接，液压泵2通过联轴器与电动机1连接；所述互锁型油缸驱动阀组的第二油口t与溢流阀14的第二端口以及回油过滤器15的第二端口连接。

具体地，所述互锁型油缸驱动阀组共有四个，分别是第一互锁型油缸驱动阀组5a、第二互锁型油缸驱动阀组5b、第三互锁型油缸驱动阀组5c、第四互锁型油缸驱动阀组5d；所述多足步履式行走装置包括第一下支腿油缸6、第一上支腿油缸7、第二下支腿油缸8、第二上支腿油缸9、第三下支腿油缸10、第三上支腿油缸11、转向油缸12、平移油缸13、上平台17、下平台18、导轨20、滑架21、回转连接板22、回转支撑23，如图4所示；所述第一互锁型油缸驱动阀组5a、第二互锁型油缸驱动阀组5b、第三互锁型油缸驱动阀组5c、第四互锁型油缸驱动阀组5d上分别设有第一压力传感器16a、第二压力传感器16b、第三压力传感器16c、第四压力传感器16d，所述第一压力传感器16a、第二压力传感器16b、第三压力传感器16c、第四压力传感器16d分别用于测量相应互锁型油缸驱动阀组上的压力。

所述第一互锁型油缸驱动阀组5a的第四油口a1与第一下支腿油缸6的有杆腔连接，第一下支腿油缸6的无杆腔与第一互锁型油缸驱动阀组5a的第五油口b1连接，第一下支腿油缸6与下平台18铰接；所述第一互锁型油缸驱动阀组5a的第六油口b2与第一上支腿油缸7的无杆腔连接，第一上支腿油缸7的有杆腔与第一互锁型油缸驱动阀组5a的第七油口a2连接，第一上支腿油缸7与上平台17铰接；

所述第二互锁型油缸驱动阀组5b的第四油口a1与第二下支腿油缸8的有杆腔连接，第二下支腿油缸8的无杆腔与第二互锁型油缸驱动阀组5b的第五油口b1连接，第二下支腿油缸8与下平台18铰接；所述第二互锁型油缸驱动阀组5b的第六油口b2与第二上支腿油缸9的无杆腔连接，第二上支腿油缸9的有杆腔与第二互锁型油缸驱动阀组5b的第七油口a2连接，第二上支腿油缸9与上平台17铰接；

所述第三互锁型油缸驱动阀组5c的第四油口a1与第三下支腿油缸10的有杆腔连接，第三下支腿油缸10的无杆腔与第三互锁型油缸驱动阀组5c的第五油口b1连接，第三下支腿油缸10与下平台18铰接；所述第三互锁型油缸驱动阀组5c的第六油口b2与第三上支腿油缸11的无杆腔连接，第三上支腿油缸11的有杆腔与第三互锁型油缸驱动阀组5c的第七油口a2连接，第三上支腿油缸11与上平台17铰接；

所述第四互锁型油缸驱动阀组5d的第四油口a1与转向油缸12的有杆腔连接，转向油缸12的无杆腔与第四互锁型油缸驱动阀组5d的第五油口b1连接，转向油缸12的一端与下平台18铰接，另一端与回转连接板22铰接；回转连接板22与回转支撑23的内圈连接，回转支撑23的内圈上固定有上平台17，外圈上固定有滑架21，滑架21通过平移油缸13固定在下平台18上；所述第四互锁型油缸驱动阀组5d的第六油口b2与平移油缸13的无杆腔连接，平移油缸13的有杆腔与第四互锁型油缸驱动阀组5d的第七油口a2连接，平移油缸13固定在下平台18上，活塞杆端与滑架21连接，滑架21安装在导轨20上，导轨20固定在下平台18上。

具体地，如图2和图3所示，所述互锁型油缸驱动阀组包括定差减压阀5.1、预节流阀5.2、电比例换向阀5.3、梭阀5.4、第一电磁截断阀5.5a、第二电磁截断阀5.5b、第一液压锁5.6a、第二液压锁5.6b、集成安装板5.7；所述定差减压阀5.1的第一端口与第一油口p连接，第二端口与电比例换向阀5.3的第一端口以及预节流阀5.2的第一端口连接；预节流阀5.2的第二端口与定差减压阀5.1的第四端口连接；

所述电比例换向阀5.3的第二端口与第一电磁截断阀5.5a的第一端口连接；电比例换向阀5.3的第三端口和第二电磁截断阀5.5b的第一端口连接；电比例换向阀5.3的第二端口与梭阀5.4的第一端口连接，梭阀5.4的第二端口与电比例换向阀5.3的第三端口连接，梭阀5.4的第三端口与定差减压阀5.1的第三端口以及互锁型油缸驱动阀组的第三油口c1连接，互锁型油缸驱动阀组的第三油口c1与电比例换向阀5.3的第四端口连接，电比例换向阀5.3的第四端口与溢流阀14的第二端口和回油过滤器15的第二端口连接；

所述第一电磁截断阀5.5a的第二端口与第一液压锁5.6a的第一端口连接，第一液压锁5.6a的第二端口与第二电磁截断阀5.5b的第二端口连接；第二电磁截断阀5.5b的第三端口与第二液压锁5.6b的第二端口连接，第二液压锁5.6b的第一端口与第一电磁截断阀5.5a的第三端口连接；

所述第一液压锁5.6a的第三端口和第四端口分别与互锁型油缸驱动阀组的第四油口a1、第五油口b1连接；互锁型油缸驱动阀组的第六油口b2、第七油口a2分别与第二液压锁5.6b的第四端口和第三端口连接；

所述第一液压锁5.6a和第一电磁截断阀5.5a叠加起来通过螺栓固定在集成安装板5.7上；集成安装板5.7上通过螺栓还固定有叠加的第二液压锁5.6b和第二电磁截断阀5.5b；集成安装板5.7上的第三油口c1、第四油口a1、第五油口b1、第六油口b2、第七油口a2设在集成安装板5.7的前面；集成安装板5.7右面设置有第一油口p、第二油口t；集成安装板5.7上面通过螺栓连接有电比例换向阀5.3；集成安装板5.7的里面从前侧装入有定差减压阀5.1、预节流阀5.2和梭阀5.4；集成安装板5.7的里面还设有上述设备的连接管道。

具体地，如图5所示，还包括plc控制装置，所述plc控制装置分别与电动机1、互锁型油缸驱动阀组连接；plc控制装置设有启动按钮、停止按钮、支撑行走选择开关、支腿选择按钮、转向移动选择开关、平台选择按钮、支腿控制手柄及移动控制手柄，用于对多足步履式行走装置进行相应的控制。

实施例

一种采用上述多足步履式行走装置功能互锁型电液控制设备的功能互锁型电液控制方法，所述控制方法包括支腿单独控制、平台同步支撑控制、平台移动控制。

具体地，支腿包括上支腿和下支腿，均为n个，n＝1、2、3。

如图6所示，所述支腿单独控制的具体过程如下：

按下启动按钮，支撑行走开关拨至支撑位置，根据需动作的支腿n按下对应的支腿n按钮；按下平台选择按钮，plc控制装置使对应互锁型油缸驱动阀组的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均失电；支腿控制手柄前推时，互锁型油缸驱动阀组的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2根据操纵手柄动作位置获得相应电流，下支腿油缸n伸出；支腿控制手柄后拉时，互锁型油缸驱动阀组的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1根据操纵手柄动作位置获得相应电流，下支腿油缸n缩回；若平台选择按钮无动作，plc控制装置使互锁型油缸驱动阀组的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均得电；支腿控制手柄前推时，互锁型油缸驱动阀组的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2根据操纵手柄动作位置获得相应电流，上支腿油缸n伸出；支腿控制手柄后拉时，互锁型油缸驱动阀组的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1根据操纵手柄动作位置获得相应电流，上支腿油缸n缩回；按下停止按钮或将支撑行走选择开关拨至0位，所有按钮复位，动作停止。

如图7所示，所述平台同步支撑控制的具体过程如下：

按下启动按钮，支撑行走开关拨至支撑，支腿按钮均无动作；按下平台选择按钮，plc控制装置使对应互锁型油缸驱动阀组的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均失电；支腿控制手柄前推时，plc控制装置根据支腿控制手柄动作位置，控制第一互锁型油缸驱动阀组5a的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2获得相应电流，使第一下支腿油缸6按已设定速度运动，其余下支腿采用压力反馈主从同步控制方式确定支腿运动速度，由plc控制装置控制第二互锁型油缸驱动阀组5b和第三互锁型油缸驱动阀组5c的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2获得相应电流，所有下支腿油缸同步伸出；支腿控制手柄后拉时，plc控制装置根据支腿控制手柄动作位置，控制第一互锁型油缸驱动阀组5a的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1获得相应电流，使第一下支腿油缸6按已设定速度运动，其余下支腿采用压力反馈主从同步控制方式确定支腿运动速度，由plc控制装置控制第二互锁型油缸驱动阀组5b和第三互锁型油缸驱动阀组5c的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1获得相应电流，所有下支腿油缸同步缩回；平台选择按钮无动作，plc控制装置使对应互锁型油缸驱动阀组的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均得电；支腿控制手柄前推时，plc控制装置根据支腿控制手柄动作位置，控制第一互锁型油缸驱动阀组5a的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2获得相应电流，使第一上支腿油缸7按已设定速度运动，其余上支腿采用压力反馈主从同步控制方式确定支腿运动速度，由plc控制装置控制第二互锁型油缸驱动阀组5b和第三互锁型油缸驱动阀组5c的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2获得相应电流，所有上支腿油缸同步伸出；支腿控制手柄后拉时，plc控制装置根据支腿控制手柄动作位置，控制第一互锁型油缸驱动阀组5a的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1获得相应电流，使第一上支腿油缸7按已设定速度运动，其余上支腿采用压力反馈主从同步控制方式确定上支腿运动速度，由plc控制装置控制第二互锁型油缸驱动阀组5b和第三互锁型油缸驱动阀组5c的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1获得相应电流，所有上支腿油缸同步缩回；按下停止按钮或将支撑行走选择开关拨至0位，所有按钮复位，动作停止。

如图8所示，所述压力反馈主从同步控制方式通过反馈函数f(x)进行，反馈函数f(x)的表达式如下：

其中：p1表示支腿油缸1有杆腔和无杆腔的最大压力，pm表示支腿油缸m有杆腔和无杆腔的最大压力，m＝2、3，kpl表示压力电流转化比例系数。

如图9所示，所述平台移动控制的具体过程如下：

按下启动按钮，支撑行走开关拨至行走位置；按下转向移动选择按钮，plc控制装置使第四互锁型油缸驱动阀组5d的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均失电；行走控制手柄前推时，第四互锁型油缸驱动阀组5d的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2根据操纵手柄动作位置获得相应电流，转向油缸12伸出，带动回转支撑23内圈，使上平台17相对下平台18逆时针转动；行走控制手柄后拉时，第四互锁型油缸驱动阀组5d的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1根据操纵手柄动作位置获得相应电流，转向油缸12缩回，带动回转支撑23内圈，使上平台17相对下平台18顺时针转动；转向移动选择按钮无动作，plc控制装置使第四互锁型油缸驱动阀组5d的第一电磁截断阀5.5a的电磁铁dc1、第二电磁截断阀5.5b的电磁铁dc2均得电；行走控制手柄前推时，第四互锁型油缸驱动阀组5d的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc2根据操纵手柄动作位置获得相应电流，平移油缸13伸出，推动滑架21带动上平台17相对下平台18左移；行走控制手柄后拉时，第四互锁型油缸驱动阀组5d的电比例换向阀5.3的比例电磁铁bc1根据操纵手柄动作位置获得相应电流，平移油缸13缩回，拉动滑架21带动上平台17相对下平台18右移；按下停止按钮或将支撑行走选择开关拨至0位，所有按钮复位，动作停止。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则范围之内所作的任何修改、等同替换以及改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。